数控加工实践报告1.docx

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数控加工实践报告1

数控加工实践报告

专业：

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指导教师：

一、实践目的

1.熟悉三维建模，熟悉三维建模软件MDT的基本操作和建模过程。

2.了解CAD/CAM及数控加工的基本原理及方法，熟悉数控加工软件Mastercam软件的基本操作和数控加工NC代码的生成。

3.了解快速原型制造的基本原理及方法，熟悉利用快速原型制造程序RpProgram对模型进行分层处理和生成加工数据的方法。

4.熟悉网络化设计与制造的基本思想及方法。

5.掌握零件从CAD、CAM到数控加工的完整过程或零件从CAD建模到快速制造出原型零件的全过程。

二、实践原理

1.计算机辅助设计（CAD）基本原理：

CAD技术从二维绘图起步，经历了三维线框、曲面和实体造型发展阶段，一直到现在的参数化特征造型。

CAD（计算机辅助设计）是指工程技术人员以计算机为工具，用自己的专业知识，对产品进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。

CAD技术由硬件和软件系统共同实现，以计算机系统为硬件平台，集成基本图形资源与自动绘图软件、几何造型、工程分析与计算、仿真与模拟、专用设备控制程序生成、继承与管理等软件集合而成的系统技术。

三维建模软件的发展经历了线框建模、表面建模、实体建模和特征建模几个阶段。

目前大多数建模软件都支持实体建模的方式进行产品的设计。

2.计算机辅助制造（CAM）的基本原理

　　CAM（计算机辅助制造）狭义CAM指数控程序的编制，包括刀具路径的规划、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真以及NC代码的生成等。

数控编程的核心工作是生成刀具轨迹，然后将其离散成刀位点，经后置处理产生数控加工程序。

在数控机床上对零件进行加工时，首先要将待加工零件的零件图上的几何信息和工艺信息数字化，即把刀具的运动与工件的运动分割成一些最小单位位移量（即最小位移量，又称为脉冲当量），按照标准规定的代码与格式编制成加工程序（NC代码程序），数控系统按照数控程序（NC代码文件）的要求，经过插补计算，将所要求的进给量分配给各个进给坐标轴，使相应的各个坐标轴在规定的时间内以数控代码程序中指定的进给速度同时移动若干个最小位移量，实现刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。

CAD/CAM：

CAD系统准备好数控编程过程所需的数据，并按一定的标准，将这些数据转换成相应的中性文件；CAM系统读入中性文件，并将中性文件转换为本系统所需要的形式，然后自动生成数控程序。

3.快速原型制造技术的基本原理

RP/M技术的原理就是常说的离散/堆积成形原理。

成形就是将物质有序地组织成具有确定外形和一定功能的三维实体的过程。

传统的成形方法主要有去除成形法（切削加工）和受迫成形法（变形加工）两种。

近年来发展起来的RP/M技术则是第三种成形方法：

离散/堆积成形法，即应用合并与连接的方法把材料有序地合并堆积起来的成形方法。

离散/堆积成形原理就是计算机根据三维CAD模型所确定的几何信息，将模型离散化（切片）成一系列具有一定厚度的薄层，控制成形机对模型的层面加工,然后层层堆积可得到一个三维实体（原型）。

其基本构思是利用计算机将复杂三维物体转化为二维层，然后运用积分的思想，由点、线构造零件的面（层），然后逐层成形。

4.熟悉网络化设计与制造的基本思想及方法。

新生产模式——网络化制造。

随着信息与通信技术飞速发展，特别是互联网的建立，网络化设计与制造是一个新的研究方向。

网络化制造主要解决两个问题：

快速响应市场的需求和充分利用现有资源，实现少花钱、多办事，保证可持续发展。

它的运作空间可以是全社会的，甚至是跨国界的和全球性的。

此外，它同时具有更广泛的技术、管理、人员、组织和市场经营的柔性。

网络化加工：

充分利用本地和远程的加工资源，在低成本、高效率地实现产品的加工制造，更有效地承揽工业设计业务，最大程度上满足用户的设计要求。

三、实践内容

1.零件的三维CAD建模。

应用MDT6.0软件实现复杂零件的计算机辅助设计。

2.CAM软件应用或快速原型制造数据准备及控制软件的应用：

Mastercam8.0

3.数控加工和快速制作零件的上机实践。

应用α-T10A钻削加工中心或TV5立式加工中心进行加工。

四、实践步骤

1.CAD零件三维实体建模

1）打开MDT软件，新建文件，建立世界坐标系。

2）根据建模的零件，选取建模方式。

3）选取TOP平面作为草图平面建立底座第一个圆并拉伸。

4）同理向上建立3个同心圆并拉伸。

5）以底面作为草图平面，利用平行、截断、阵列等命令建立对称的四个槽外形。

6）利用反方向拉伸命令，挖出底部的四个槽。

7）倒圆角：

利用零件里面的圆角命令，确定圆角半径2mm，倒出图纸所需的圆角。

8）零件三维模型着色成图。

2.CAM零件数控加工工艺设计

（1）、CAD模型文件输出：

MDT6.0环境下“文件”→“输出”→“IGES”→定义文件名→保存。

（2）、用MILL9程序打开IGES文件：

启动MILL9→MainMenu→file→Converters→IGES→Readfile→选择IGES文件→打开→进入IGESReadParameters设置界面，确认FileisinMetricunits→OK.

（3）、根据需要可在MILL9环境下移动或比例缩放模型:

按工具栏按钮Gview-Top或Gview-Front或Gview-side→MainMenu→Xform→

Translate→All→Surfaces→Done→Polar→输入移动距离→输入移动方向的角度→出现Translate，选中Operatin的Move,确认NumberofSteps为I→ok.

比例缩放模型：

具体步骤如下MainMenu→Xform→Scale→All→Surfaces→Done→Origin→出现Scale提示页面，选中Operation的Move,选中Scaling的XYZ,确认NumberofSteps为1，输入X、Y、Z三个方向的缩放比例→OK。

（4）、工艺规划:

通常为粗加工、清根、精加工，本次实验只安排粗加工、精加工。

（5）、画粗加工边界:

用鼠标点击工具栏上的Cplane-Top和Gvie-Top按钮→MainMenu→Create→Rectangle→IPoints→输入矩形尺寸为130mm×90mm→OK→Origin→MainMenu→点击工具栏上的Cplane-3D和Gview-Isometric.

（6）、产生粗加工刀轨，步骤如下：

MainMenu→用鼠标点击工具栏上的Cplane-Top→ToolPaths→surface→Rough→Pocket（挖槽加工方法）→All→Surfaces→Done,出现加工参数界面→在ToolParameters页面中的大空白区点击鼠标右键→CreateNewTool→在ToolType页面中选刀具类型（立铣刀为EndMill,球头铣刀为SpherMill）→在Tool-FlatEndMill页面中修改Diameter、Flute、Shoulder和Overall值→点击OK按钮，返回ToolParameters页面→修改Len.（刀长补偿号，参考值为32）、FeedRate（参考值为2000）、Plunge（参考值为500）、Retract（参考值为5000）、Program#（参考值为1）、Spindle（立铣刀参考值为1500，球头铣刀参考值为2000）、Coolant为OFF→切换到SurfaceParameters页面，根据模型确定Clearance（安全平面高度）、Retract（退刀平面高度）、FeedPlane（进给平面高度），以上三个参数均建议用绝对值Absolute→确定精加工余量StocktoLeave（参考值为0.2）→切换到RoughPocketParameters页面，修改Cuttolerance、MaxStepDown、Stepover或StepoverDistance、复选Promptforentrypoint和Rough（zigzag）→按Cutdepths按钮、选择Absolute、修改MinimumDepth和MaxmumDepth→点击OK按钮→按Gapsettings按钮，复选Optimizecutorder→点击OK按钮→确定→选择第5步画的画粗加工边界→Done→选入刀点EndPoint（通常为粗加工边界的某个角）

（7）、精加工:

MainMenu→Cplane-Top→ToolPaths→surface→Finish→Parallel→All→Surfaces→Done→其中ToolParameters、SurfaceParameters页面操作方法同粗加工。

而SurfaceParameters页面精加工余量StocktoLeave（0）→FinishParallelParameter页面，修改StepOver值（参考值为0.3）MachineAngle复选DepthLimits→确定

（8）、仿真:

MainMenu→Toolpaths→Operations,点击SelectAll按钮，点击Verify按钮→出现仿真界面→按Configure按钮出现VerifyConfiguration，点击OK→按仿真界面的播放键开始仿真，仿真完成后关闭仿真界面，回到OperationsManager界面。

（9）、生成NC程序:

在OperationsManager界面中点击要输出NC程序的工步，出现“√”标记→按Post按钮，选SaveNCFile→OK→出现提示回答“否”→保存NC文件。

重复上述操件，定义不同的NC文件名直到输出所有工步的NC程序。

3、快速原型制造

（1）、加载模型

启动数据准备软件后，即可装入STL数据模型（通过CAD系统生成）。

如图：

模型尺寸超过成型及加工范围时，系统会提示是否继续加载，点击“是”，加入模型，要将模型进行缩小才能加工此模型。

点击“否”，取消加入模型。

（2）、模型位置布置

若加入多个模型，所有模型都在工和台中央，重叠在一起，必须将它们的位置人工进行布置。

对单一模型可以不予考虑。

布置完成后，不要忘了是模型位置布置生效。

（3）、设置制作方向及大小

点击数据准备Rpprogram软件“视图工作条”和“绘图工作条”图标，右边会出现两个工作条，然后点击“视图工作条”中的“地面试图”和“绘图工作条”中的“绘制平台”，如图：

大小设定：

缩放英子即缩放系数，点击“均等缩放”YZ的缩放因子变为与X的缩放因子相同如图

方向设定：

原型零件的制作方向不同，对支撑的需求不一样。

如果圆形零件的制作方向没有设定好，则需要加较多的支撑使原型的模型稳定；反之，则需要加少数几个支撑，甚至可不加支撑。

（4）、分层与轮廓编辑

（5）、设计支撑参数及支撑编辑

支撑编辑：

只需加几个支撑，是模型保持稳定。

模型、支撑混显：

查看支撑是否稍加货架了不需要的支撑。

如图所示：

（6）、输出成型加工文件

输出成型加工文件有两种方式，即输出当前模型和全部模型数据文件，我们可以任意选择。

如图：

五、实验结果

数控加工NC代码生成结果:

1.部分粗加工代码%%

%

O0001

（PROGRAMNAME-DRAWING1）

（DATE=DD-MM-YY-04-06-15TIME=HH:

MM-14:

35）

N100G21

N102G0G17G40G49G80G90

（TOOL-10DIA.OFF.-1LEN.-1DIA.-10.）

N104T10M6

N106G0G90X-59.Y-39.A0.S1500M3

N108G43H1Z20.

N110Z5.

N112G1Z2.F100.

N114X59.F5000.

N116Y-31.909

N118X-59.

N120Y-24.818

N122X59.

N124Y-17.727

N126X-59.

N128Y-10.636

N130X59.

N132Y-3.545

N134X-59.

N136Y3.545

N138X59.

N140Y10.636

N142X-59.

2.部分精加工NC代码

%

O0001

（PROGRAMNAME-DRAWING1）

（DATE=DD-MM-YY-04-06-15TIME=HH:

MM-14:

35）

N100G21

N102G0G17G40G49G80G90

（TOOL-10DIA.OFF.-1LEN.-1DIA.-10.）

N104T10M6

N106G0G90X-59.Y-39.A0.S1500M3

N108G43H1Z20.

N110Z5.

N112G1Z2.F100.

N114X59.F5000.

N116Y-31.909

N118X-59.

N120Y-24.818

N122X59.

N124Y-17.727

N126X-59.

N128Y-10.636

N130X59.

N132Y-3.545

N134X-59.

N136Y3.545

N138X59.

N140Y10.636

N142X-59.

六、分析总结

1.数控加工误差分析

数控加工中的误差主要由工件的定位误差、对刀误差、机床误差、刀具误差、热变形以及弹性变形引起的误差等。

消除误差的主要方法有：

合理设计夹具；将工件置于准确的坐标系中。

设计中提高零件刚度和装夹刚度。

通过多次走刀减小误差复映等。

在高精度机床中，对于传动机构的制造精度误差，通常在机床软件系统中添加误差补偿表进行补偿。

同时，对机床工作环境的温度、机床传动部件的温度进行控制，高精密机床在传动轴中通入恒温油带走机床运转中产生的热量。

减小热膨胀对机床精度造成的影响。

2.快速原型制造误差分析

快速原型制造具有一下优点和特点：

①适合加工形状复杂的、规则零件的加工；

②没有或极少有下脚料，是一种环保制造技术；

③成功解决了三维造型“看得着，摸不着”的问题；

④系统柔性高；

⑤不需要专用的夹具和模具，大大缩短新产品试制周期；

⑥零件的复杂程度与制造成本关系不大。

同时，快速原型制造也有一些不可避免缺陷和技术难题。

其制造误差主要表现在对模型的分层精度上，分层精度越高，误差越小，表面质量越好。

同时对光源的控制要求较高，光斑聚焦的大小对精度也有一定影响，聚焦越小精度越高。

由于工件是分层叠加而成的，层与层之间的结合强度弱，会导致层之间的滑移，使制造精度下降，因此正确控制光源功率参数是加工成败的关键。

七、总结

21纪是以知识经济和信息社会为特征的时代。

制造业作为一个国家经济发展的基石，面临信息社会中瞬息万变的市场对产品小批量多品种要求的严峻挑战。

制造能力和制造水平反映了一个国家的综合国力。

在加入WTO和制造业日趋国际化的形势下，缩短产品开发周期、减少新产品的投贷风险和开发成本，已成为企业获取利润和赖以生存的关键。

同时，随着市场竞争的日趋激烈，对制造业应变客户需求的快速反应能力的要求越来越高，因此必须加速快速成型技术的发展和应用。

RPM技术是制造技术的一项革命，将伴随激光技术、新材料技术、计算机技术、数控加工技术及其他先进技术的发展而发展和进步。

随着成本的降低，工艺的简化，成形精度的提高和材料综合性能的改善，快速原型制造技术将在机械制造、汽车、航空航天、飞机制造、和军事工业中，都得到更广泛的应用。

在计算机上用CAD软件根据原型或零件的要求设计三维模型（建模），这是快速成型的前提条件。

目前，可供建模的CAD软件较多，功能也越来越强大，主要有美国PTC公司的Pro-Engineer，美国EDS公司的IDEAS，美国Autodesk公司的MDT等。

这些软件均采用了参数化技术的最新概念，即基于特征、全尺寸约束、全数据相关、支持尺寸驱动设计修改，给设计者带来了方便与灵活。

在完成三维CAD建模后，即可用CAD软件输出用于快速成型机加工的模型格式文件。

快速成型技术自诞生之日起就显示出了强大的生命力，与传统制造技术相比，它具有很多独特的优势。

主要表现为：

高速度、高柔性和技术高密集。

适应能力强、制造成本低、技术的高度集成、设计制造一体化、自由成型制造、技术经济效益突出。

快速成型技术的应用及前景展望

快速成型技术的应用。

快速成型是制造技术在制造理念上的一次革命性的飞跃。

作为一种先进的制造技术，由于其具有高效率、低能耗、高精度的优点，故其在出现后的短短数年，即得到了国际制造行业广泛的关注和认同。

未来，这种高新技术将会被迅速推广和普及，广泛应用于机械制造、工业造型、建筑、艺术、医学、航空、航天、考古、刑侦和影视等诸多的领域，将会有着更为广阔的发展前景，必将创造更为可观的经济效益和社会效益。

从快速成型技术的现状与最新发展动态来看，未来几年的快速成型技术应着重研究以下几方面的问题。

（1）、提高快速成型系统的精度，增加设备的利用率。

样件制作的精度在很大程度上取决于系统本来的精度，所以应优化设备结构，选用性能价格比高且稳定可靠的元器件，按模块化的设计思想开发具有高精度且满足不同用户需求的设备。

同时实现设备资源共享，提升购置设备的回报利润和利用率，开发网上加工技术，完善服务体系。

（2）、研究开发新的成型方法和组合工艺。

过去的成型方法基本上均基于立体平面化—离散—堆积的思路，本身存在着很多不足。

如何将这种新的思想与传统的切削加工相结合，融快速成型与CNC机床等加工方法为一体开发出新的快速成型设备，以提高制作的性能和精度，降低生产成本，满足用户的需要。

目前，已有人开始研究如何将快速原型技术与特种加工技术相结合以形成组合加工工艺。

（3）、进一步拓宽应用范围。

应加快快速成型技术的实际应用与研究开发工作，着重探索如何利用快速成型技术直接制作金属零件、模具、人工器官及纳米块体材料等方面的研究工作，拓宽该技术的应用范围，增强该技术的生命力。

参考文献

[1].陶桂宝、刘英、张毅等.《数控综合实践指导书》[M]2005